EP0367358A2 - Verfahren zum Herstellen von Halbzeug - Google Patents

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EP0367358A2 EP89250048A EP89250048A EP0367358A2 EP 0367358 A2 EP0367358 A2 EP 0367358A2 EP 89250048 A EP89250048 A EP 89250048A EP 89250048 A EP89250048 A EP 89250048A EP 0367358 A2 EP0367358 A2 EP 0367358A2
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/04—Rolling basic material of solid, i.e. non-hollow, structure; Piercing, e.g. rotary piercing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting

Definitions

  • the invention relates to a method for producing semi-finished products according to the preamble of the main claim.
  • This semifinished product can be a continuous casting block which is cut off from an endless strand or a corresponding standing casting block with a circular, square or polygonal cross section.
  • the economically producible cross sections that have become known so far are 435 mm in diameter for round casting and 560 mm width for an octagonal cross section.
  • the casting speed must be greatly reduced due to the susceptibility to surface cracking as a result of increasing peripheral stresses.
  • a greatly reduced pouring rate means emptying times for the pan, for which the maintenance of the liquid state is no longer guaranteed.
  • the object of the invention is to develop a method with which one can easily and economically with regard to optimal forming suitable semi-finished products for the production of hot-worked seamless tubes with an outer diameter of more than 250 mm.
  • a cross-sectionally cylindrical or regular prismatic output block made of continuously cast starting material is heated to a forming temperature corresponding to the material, e.g. B. heated in a deep-freeze or rotary hearth furnace and removed from the furnace after drawing the scale created by the heating process.
  • the drawing temperature is in a range from 1200 to 1300 degrees.
  • the descaled block is placed in a die and compressed in the longitudinal direction by means of a press ram.
  • the aim In order for the material to flow evenly on all sides, the aim must be that the axis of the pressure cone that forms ideally coincides with the longitudinal axis of the block. To achieve this, it is proposed to center the block in the die before the longitudinal compression begins.
  • the press ram and / or the die base has an adjustable recess, the circumference of which corresponds to the circumference of the starting block. In the first stage, the middle area is essentially compressed first and the recess is pressed in a second stage. Independently of.
  • the initial cross section F0 is smaller than the cross section F1 after upsetting and the length l1 of the compressed block is less than the length l0 of the starting block.
  • the diameter d0 corresponds, for example, to the polygonal cross section of the same circular cross section.
  • a ratio of 3 is regarded as the lowest limit and a ratio of 10 is aimed for.
  • the longitudinal compression takes place together with the subsequent punching and rolling in one heat.
  • a centering cone is swaged at the foot and / or head end.
  • the longitudinal compression itself can take place either only on the head side or only on the foot side, or at the same time on the head and foot side by means of press rams moving centrally towards one another.
  • Both the starting block and the compressed block can be up to 3% conical.
  • the advantage of the method according to the invention is that the positive properties of the continuous casting, such as uniform structure over the length of the strand, good degree of purity and a good surface can also be used for the production of semi-finished products with a larger cross-sectional format.
  • the effect is also exploited that the loosening zone typical of continuous casting is compressed in the middle by longitudinal compression and part of the unfavorable dendritic casting structure is converted. This leads to a considerable improvement, in particular of the inner surface of the hot-rolled pipes afterwards.
  • the method opens up the possibility with z. B. only two standard dimensions as starting blocks to produce a large number of the required semi-finished product dimensions for the most varied tube dimensions.
  • the method is particularly advantageously applicable to a round casting block, but it is also advantageous for a standing casting block with a round or polygonal cross section. In the case of water-capped blocks, the blow hole would weld during longitudinal compression.
  • the blocks can be compressed in a conventional press, so that no additional investment is required to implement the method.
  • the subsequent punching of the compressed block can take place in the same heat in the punch press using a combination punch that is suitable for upsetting and punching, or in the cross-rolling mill.
  • the further rolling of the hollow block to the finished tube is carried out in a corresponding rolling mill, for. B. Pilger Rolling Mill.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbzeug mit großem Querschnittsformat als Ausgangsmaterial für die Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm. Um ein Verfahren zu entwickeln, mit dem man einfach und wirtschaftlich im Hinblick auf eine optimale Umformung passendes Halbzeug zur Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm herstellen kann, wird vorgeschlagen, daß ein gerader kreiszylindrischer oder regulär prismatischer Ausgangsblock aus stranggegossenem Ausgangsmaterial mit einem Querschnitt F0 bzw. einem Durchmesser d0 eines flächengleichen kreisrunden Querschnittes und einer Länge l0 und einem Verhältnis von l0 zu d0 größer eins, auf eine auf den Werkstoff abgestimmte Umformtemperatur erhitzt, danach der durch den Aufheizprozeß entstandene Zunder entfernt und anschließend in Richtung der Längsachse mittels Umformwerkzeuge warm auf einen Querschnitt F1 und auf eine Länge l1 gestaucht wird, wobei gilt, daß F1 größer F0 und l1 kleiner l0 ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbzeug gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.
  • Zur Herstellung von nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm benötigt man Halbzeug mit einem entsprechenden Querschnittsformat. Dieses Halbzeug kann ein Stranggußblock, der von einem endlosen Strang abgeschnitten wird oder ein entsprechender Standgußblock mit einem kreisrunden, quadratischen oder polygonalen Querschnitt sein. Die bisher bekanntgewordenen wirtschaftlich herstellbaren Querschnitte liegen für den Rundstrangguß bei 435 mm Durchmesser und für einen achteckigen Querschnitt bei 560 mm Schlüsselweite. Für noch größere Stranggußdurchmesser muß aufgrund der Oberflächenrißanfälligkeit infolge zunehmender Umfangsspannungen die Gießgeschwindigkeit stark vermindert werden. Eine stark abgesenkte Gießgeschwindigkeit bedeutet aber Entleerungszeiten für die Pfanne, für die die Aufrechterhaltung des flüssigen Zustandes nicht mehr gewährleistet ist. Noch kritischer wird es für den Verteiler und die Tauchausgüsse, da die Anordnung einer Zusatzheizung entweder gar nicht oder nur mit einem großen technischen Aufwand zu realisieren ist. Für eine Stranggußbogenanlage kommt noch erschwerend hinzu, daß für ein Rundformat die Rückbiegung erst im durcherstarrten Bereich erfolgen kann, so daß infolge der großen Sumpflänge die anlagetechnischen Probleme nicht mehr zu beherrschen sind. Die Alternativmöglichkeit einer Senkrechtenlage scheidet ebenfalls aus, da infolge des hohen Metergewichtes die Stränge über die Reibung der Führungsrollen nicht zu halten sind.
  • In die Überlegungen muß auch der Umstand mit einbezogen werden, daß je nach Struktur der Weiterverarbeitung die Stranggußanlage für ein bestimmtes Abmessungsprogramm optimal ausgelegt wird. Jede Erweiterung nach oben hin zu größeren Querschnitten bedeutet entweder Abstriche für den Wirkungsgrad der Anlage und für die Qualität des Erzeugnisses oder die Notwendigkeit der Planung einer Neuanlage, die aber in den meisten Fällen aufgrund der Kapazitätsauslastung nicht lohnend, ist. Aus diesem Grunde ist man bisher für noch größere Anstichmaße, z. B. 700 mm rund, auf Standgußblöcke angewiesen. Diese Gußblöcke haben aber den Nachteil, daß sie eine schlechte Oberfläche aufweisen, die dann zu entsprechenden Fehlern auf der Rohroberfläche führen und zum anderen muß dasjenige Rohrende, das dem ehemaligen Blockkopf entspricht, abgeschnitten werden, da in diesem Bereich sich die Verunreinigungen des Lunkers konzentriert haben. Außerdem ist es schwierig für den Einzelguß eine reproduzierbare gleich hohe Qualität zu erzeugen, so daß der Anteil der notwendigen Nacharbeit sehr hoch ist.
  • Selbst wenn es gelänge, im Zuge der Weiterentwicklung des Stranggusses zu größeren, vorzugsweise runden Gießquerschnitten zu kommen, müßte man, um die gesamte Palette der erforderlichen Rohrabmessung abdecken zu können, eine Vielzahl von verschiedenen Querschnitten gießen. Das beeinträchtigt aber die Wirtschaftlichkeit des Stranggußverfahrens, bei dem angestrebt wird, nur wenige Standardabmessungen mit hohen Sequenzen zu gießen, um die teuren Umrüstzeiten so klein wie möglich zu halten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem man einfach und wirtschaftlich im Hinblick auf eine optimale Umformung passendes Halbzeug zur Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm herstellen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen festgelegt.
  • Ein im Querschnitt kreiszylindrischer oder regulär prismatischer Ausgangsblock aus stranggegossenem Ausgangsmaterial wird auf eine dem Werkstoff entsprechende Umformtemperatur, z. B. in einem Tief- oder Drehherdofen erwärmt und nach dem Ziehen aus dem Ofen der durch den Aufheizprozeß entstandene Zunder entfernt. Die Ziehtemperatur liegt je nach Werkstoff in einem Bereich von 1200 bis 1300 Grad. Der entzunderte Block wird in eine Matrize gestellt und mittels eines Preßstempels in Längsrichtung gestaucht. Damit das Material gleichmäßig nach allen Seiten fließt, muß angestrebt werden, daß im Idealfall die Achse des sich ausbildenden Druckkegels mit der Längsachse des Blocks zusammenfällt. Damit dies annähernd erreicht wird, wird weiterbildend vorgeschlagen, vor Beginn der Längsstauchung den Block in der Matrize zu zentrieren. Dies kann in vielfältiger Weise geschehen, z. B. durch symmetrisch am Umfang der Matrize angeordnete Stützelemente, die nach dem Hineinstellen des Blockes mechanisch oder hydraulisch konzentrisch zur Mitte bewegt werden und so den Block zentrieren. Nach Beginn der Stauchung werden diese Stützelemente wieder zurückgefahren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Stauchung in Stufen durchzuführen. Dazu weist der Preßstempel und/oder der Matrizenboden eine verstellbare Vertiefung auf, deren Umfang dem Umfang des Ausgangsblockes entspricht. In der ersten Stufe wird im wesentlichen zuerst der mittlere Bereich gestaucht und die Aussparung in einer zweiten Stufe nachgedrückt. Unabhängig davon. welches Verfahren zum Zentrieren angewandt wird und welcher Querschnitt der Ausgangsblock aufweist, es gilt immer die Bedingung, daß der Ausgangsquerschnitt F₀ kleiner ist als der Querschnitt F₁ nach dem Stauchen und die Länge l₁ des gestauchten Blockes kleiner ist als die Länge l₀ des Ausgangsblockes. Damit das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich ist, muß ein möglichst großes Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Ausgangsblockes angestrebt werden, wobei der Durchmesser d₀ bei zum Beispiel polygonalem Querschnitt dem flächengleichen kreisrunden Querschnitt entspricht. Als unterste Grenze wird ein Verhältnis von 3 angesehen und ein Verhältnis von 10 angestrebt. Im gleichen Sinn der Wirtschaftlichkeit erfolgt die Längsstauchung zusammen mit dem anschließenden Lochen und Walzen in einer Hitze. Als Unterstützung für das Lochen und Schrägwalzen wird beim Längsstauchen am Fuß und/oder Kopfende ein Zentrierkonus angestaucht. Die Längsstauchung selbst kann entweder nur kopf- oder nur fußseitig oder gleichzeitig kopf- und fußseitig durch zentrisch aufeinanderfahrende Preßstempel erfolgen. Sowohl der Ausgangsblock als auch der gestauchte Block können bis 3 % konisch sein.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die positiven Eigenschaften des Stranggusses, wie gleichmäßiges Gefüge über die Stranglänge, guter Reinheitsgrad und eine gute Oberfläche auch für die Herstellung von Halbzeug mit größerem Querschnittsformat genutzt werden kann. Dabei wird noch der Effekt mit ausgenutzt, daß die für den Strangguß typische Lockerungszone in der Mitte durch das Längsstauchen verdichtet und ein Teil der ungünstigen dendritischen Gußstruktur umgewandelt wird. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung besonders der Innenoberfläche der danach warmgewalzten Rohre.
  • Das Verfahren eröffnet die Möglichkeit mit z. B. nur zwei Standardabmessungen als Ausgangsblöcke eine Vielzahl der benötigten Halbzeugabmessungen für die verschiedensten Rohrabmessungen herzustellen. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren auf einen Rund­stranggußblock anwendbar, es ist aber ebenso von Vorteil für einen Standgußblock mit einem runden oder polygonalen Querschnitt. Dabei würde im Falle von wassergedeckelten Blöcken der Lunker beim Längsstauchen verschweißen.
  • Die Stauchung der Blöcke kann in einer üblichen Presse erfolgen, so daß keine zusätzliche Investition für die Einführung des Verfahrens erforderlich ist. Die anschließende Lochung des gestauchten Blockes kann in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Abmessung in gleicher Hitze in der Lochpresse durch einen Kombinationsstempel, der zum Stauchen und Lochen geeignet ist, erfolgen oder im Schrägwalzwerk. Das weitere Auswalzen des Hohlblockes zum fertigen Rohr erfolgt in einem entsprechenden Walzwerk z. B. Pilgerwalzwerk.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Halbzeug mit großem Querschnittsformat als Ausgangsmaterial für die Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein gerader kreiszylindrischer oder regulär prismatischer Ausgangsblock aus stranggegossenem Ausgangsmaterial mit einem Querschnitt F₀ bzw. einem Durchmesser d₀ eines flächengleichen kreisrunden Querschnittes und einer Länge l₀ und einem Verhältnis von l₀ zu d₀ größer eins, auf eine auf den Werkstoff abgestimmte Umformtemperatur erhitzt, danach der durch den Aufheizprozeß entstandene Zunder entfernt und anschließend in Richtung der Längsachse mittels Umformwerkzeuge warm auf einen Querschnitt F₁ und auf eine Länge l₁ gestaucht wird, wobei gilt, daß F₁ größer F₀ und l₁ kleiner l₀ ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsblock auf einen Block mit einem kreiszylindrischen Querschnitt gestaucht wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Ausgangsblock als auch der gestauchte Block eine Konizität bis 3 % aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsblock zu Beginn der Stauchung im aufnehmenden Umformwerkzeug zentriert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusammen mit der Längsstauchung im Block am Fuß- und/oder Kopfende ein Zentrierkonus für das anschließende Lochen und Schrägwalzen angeformt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung zusammen mit dem anschließenden Lochen und Walzen in einer Hitze erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung in Stufen erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe im wesentlichen der mittlere Bereich und in der zweiten Stufe ein oder beide Endbereiche des Ausgangsblockes nachgestaucht werden.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung kopfseitig und/oder fußseitig erfolgt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsblock ein Verhältnis von Länge l₀ zu Durchmesser d₀ von mindestens 3 aufweist.
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